一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法，本发明专利技术涉及通信系统技术领域。该环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法，通过数值模拟深入研究微带贴片天线的带宽性能，在传输线和贴片的几何优化的基础上，进一步引入环形谐振器的超材料激励结构作为底层图案，使带宽得到大幅度提高，避免了带宽对其实际应用造成限制；同时也能够为太赫兹波段微带贴片天线的合理设计提供了依据，并显示了在太赫兹通信系统中的未来应用潜力。示了在太赫兹通信系统中的未来应用潜力。示了在太赫兹通信系统中的未来应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法


[0001]本专利技术涉及通信系统
，具体为一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法。

技术介绍

[0002]天线是通信系统中最重要的部件之一，微带贴片天线因其重量轻、结构简单、易于集成等特点而受到广泛关注；然而，经典微带贴片天线在太赫兹(THz)频率范围内表现出有限的带宽，微带贴片天线由于其成本低、易于在成形表面上制造以及与集成电路技术的高度兼容性而被广泛使用，然而，它在太赫兹波段的带宽很窄，这限制了它的实际应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法，解决了带宽影响微带的实际应用问题。
[0004]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种环形谐振器结构的微带贴片天线，包括衬底，所述衬底的一侧固定安装有金属层，且另一侧固定安装有贴片，所述贴片的外侧设有传输线。
[0005]本专利技术还公开了一种环形谐振器结构的微带贴片天线的应用方法，具体包括以下步骤：
[0006]S1、根据贴片的应用，对贴片的长度、宽度、厚度进行设计，贴片的长度、宽度、厚度由w、t、q依次表示，而后将传输线进行长度、宽度的设计，传输线的长度、宽度由u、d依次表示，设计完成后在贴片的外侧设置衬底，衬底的长度、宽度、厚度依次用h、L、p表示；
[0007]S2：采用串馈或并馈的形式将贴合进行组合，对贴片、衬底以及传输线的长度、宽度、厚度进行优化，保证贴片同相以实现边射特性；
[0008]S3、利用传输线对贴片进行馈电。
[0009]优选的，所述S2中初始设置为h＝59μm，L＝50μm，u＝26μm，d＝2.5μm，w＝30μm，t＝20μm，其中w、t依次表示为贴片和传输线的代表性参数。
[0010]优选的，所述u的值为24μm时，回波损耗在3.04THz时分别达到
‑
51dB通信系统，在3.44THz时达到
‑
40dB通信系统。
[0011]优选的，所述u的值从26μm减小到21μm时，带宽从0.79THz提高到1.31THz。
[0012]优选的，所述S2中通过光刻，在贴片天线的底层上蚀刻互补环形谐振器，环形谐振器的外半径初始值R设置为12.5μm，环形谐振器的线宽由r表示。
[0013]有益效果
[0014]本专利技术提供了一种环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
[0015](1)该环形谐振器结构的微带贴片天线及其应用方法，通过数值模拟深入研究微带贴片天线的带宽性能，在传输线和贴片的几何优化的基础上，进一步引入环形谐振器的
超材料激励结构作为底层图案，使带宽大大提高了228％，避免了带宽对其实际应用造成限制；同时也能够为太赫兹波段微带贴片天线的合理设计提供了依据，并显示了在太赫兹通信系统中的未来应用潜力。
附图说明
[0016]图1为本专利技术微带贴片天线俯视结构示意图；
[0017]图2为本专利技术微带贴片天线前视结构示意图；
[0018]图3为本专利技术贴片长度w对微带贴片天线回波损耗的影响曲线示意图；
[0019]图4为本专利技术传输线长度u对微带贴片天线回波损耗的影响曲线示意图；
[0020]图5为本专利技术微带贴片天线模拟回波损耗与衬底厚度p的函数关系示意图；
[0021]图6为本专利技术微带贴片天线底层a圆形和矩形环形谐振器b的示意图；
[0022]图7为本专利技术衬底厚度的一系列模拟回波损耗示意图；
[0023]图8为本专利技术谐振器线宽函数模拟回波损耗示意图；
[0024]图9为本专利技术不同线宽和衬底厚度的矩形环形谐振器曲线图；
[0025]图10为本专利技术不同几何尺寸的矩形环形谐振器曲线图；
[0026]图11为本专利技术主要结构参数以及带宽示意图。
[0027]图中：1、衬底；2、贴片；3、传输线。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]请参阅图1
‑
11，本专利技术提供一种技术方案：一种环形谐振器结构的微带贴片天线，包括衬底1，衬底1的一侧固定安装有金属层，且另一侧固定有贴片2，贴片2的外侧设有传输线3。
[0030]本专利技术实施例还公开了一种环形谐振器结构的微带贴片天线的应用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0031]S1、根据贴片2的应用，对贴片2的长度、宽度、厚度进行设计，贴片2的长度、宽度、厚度由w、t、q依次表示，而后将传输线3进行长度、宽度的设计，传输线3的长度、宽度由u、d依次表示，设计完成后在贴片2的外侧设置衬底1，衬底1的长度、宽度、厚度依次用h、L、p表示；
[0032]S2：采用串馈或并馈的形式将贴合2进行组合，对贴片2、衬底1以及传输线3的长度、宽度、厚度进行优化，保证贴片2同相以实现边射特性；
[0033]S3、利用传输线3对贴片2进行馈电。
[0034]本专利技术实施例中，S2中初始设置为h＝59μm，L＝50μm，u＝26μm，d＝2.5μm，w＝30μm，t＝20μm，其中w、t依次表示为贴片2和传输线3的代表性参数，如图2和图3所示，分别为w、t两个因素的模拟回波损耗曲线图，绘制了
‑
10dB通信系统处的水平虚线，因为该值是天线和射频RF电路之间阻抗匹配的标志；因此，天线的带宽是指回波损耗低于
‑
10dB通信系统的
频率范围，图3中随着w从30μm增加到45μm，带宽从0.42THz(2.95
‑
3.37THz)增加到0.73THz(2.75
‑
3.48THz)，当w等于40μm时，带宽达到最大值0.79THz(0.77
‑
3.56THz)，回波损耗在3.08太赫兹时可达
‑
53分贝，在3.36太赫兹时达
‑
49分贝，基于对矩形贴片宽度的模拟，进一步评估了在w＝40μm的条件下，传输线长度u对天线带宽的影响。当u从26μm减小到21μm时，带宽从0.79THz(2.77
‑
3.56THz)提高到1.31THz(2.46
‑
3.76THz)，约3.2THz处的回波损耗值单调减小；优化传输线长度是提高整个频率范围内带宽性能的有效方法；当u＝24μm时，回波损耗在3.04THz时分别达到
‑
51dB通信系统，在3.44THz时达到
‑
40dB通信系统，这表明天线和RF电路之间的阻抗匹配更好；
[0035]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形谐振器结构的微带贴片天线，包括衬底(1)，其特征在于：所述衬底(1)的一侧固定安装有金属层，且另一侧固定有贴片(2)，所述贴片(2)的外侧设有传输线(3)。2.一种环形谐振器结构的微带贴片天线的应用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、根据贴片(2)的应用，对贴片(2)的长度、宽度、厚度进行设计，贴片(2)的长度、宽度、厚度由w、t、q依次表示，而后将传输线(3)进行长度、宽度的设计，传输线(3)的长度、宽度由u、d依次表示，设计完成后在贴片(2)的外侧设置衬底(1)，衬底(1)的长度、宽度、厚度依次用h、L、p表示；S2：采用串馈或并馈的形式将贴合(2)进行组合，对贴片(2)、衬底(1)以及传输线(3)的长度、宽度、厚度进行优化，保证贴片(2)同相以实现边射特性；S3、利用传输线(3)对贴片(2)进行馈电。3.根据权利要求2所述的一种环形谐振器结构的微带贴片天线的应用方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏騛，马力，李瑞阳，刘玉怀，孙晓红，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：